KR100657659B1 - 추진시스템 - Google Patents

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KR100657659B1
KR100657659B1 KR1020007008563A KR20007008563A KR100657659B1 KR 100657659 B1 KR100657659 B1 KR 100657659B1 KR 1020007008563 A KR1020007008563 A KR 1020007008563A KR 20007008563 A KR20007008563 A KR 20007008563A KR 100657659 B1 KR100657659 B1 KR 100657659B1
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propeller
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이안 제임스 던칸
휴고 앤쏘니 던칸
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퓨처텍 테크놀러지스 리미티드
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Abstract

본 발명은 선박용 추진시스템에 관한 것으로, 이는 선박의 선체(3)의 선미(2)로부터 뒤쪽으로 뻗어 있는 하나 이상의 축(1)과 이 축을 구동시키는 구동장치(9,10,11)를 구비하되, 표면에 노출되는 프로펠러(4)가 각각의 축(1)에 장착되고서, 선체의 뒷모서리(7)에 인접하게 위치되어, 선박의 이용시 상기 프로펠러가 선체의 뒤에 창출된 선미 공동부에서 작동하도록 되어 있고, 상기 각각의 프로펠러(4)용 블레이드 코드(C)에 대한 블레이드들(6)의 간격(S)의 비(S/C)는 실질적으로 블레이드의 전체 길이를 따라 2.0 이상으로 되는 한편, 이 추진장치는 특히 고속선박용으로 적당한 고작동효율을 갖는다.

Description

추진시스템 {Propulsion system}
본 발명은 고속도의 선박에 대한 추진시스템에 관한 것으로, 특히 본 발명은 높은 작동효율을 갖는 개선된 수상에서 구동되는 추진시스템에 관한 것이다.
고속도의 선박에 대해 공지된 추진시스템은 저속도와 고속도에서, 또는 바람직한 속도범위 전체에 걸쳐 성능에 있어 상당한 한계를 나타낸다. 선박에 대한 가장 간단한 추진의 형태인 수중 프로펠러는 많은 한계를 가지고 있고, 고속도에서 효율성이 낮은 경향이 있다. 1960년대에 도입된 개선된 구동시스템인 '제트'(또는 후부) 구동장치는 소규모 선박에 대해 고속도에서 개선된 효율을 제공한다. 그러나, 매우 빠른 속도에서 문제는 이러한 형태의 프로펠러로 되어 있어서, 자주 표면에 노출되는(surface-piercing) 프로펠러가 교환 장착되어야 한다는 것이다.
빠른 선박속도에서, 소정의 수상구동시스템 또는 제트구동장치에 장착된 표면에 노출되는 프로펠러는 가장 높은 효율을 갖는다. 하지만, 종래의 표면에 노출되는 프로펠러는 저속도에서 극도로 동력을 흡수한다. 이에 대한 이유 하나는 이들 프로펠러가 반이 물에 잠겨서 동작되도록 되었기 때문에, 직경이 종래의 프로펠러와 비교할 때 크다. 따라서, 선박이 운전속도에 도달할 때까지 프로펠러는 너무 수직으로 잠겨서, 유동과 토크의 요구조건이 지나치게 높아진다. 잘 이해되지 않는 제 2요소는, 저속도 및 고동력에서 블레이드가 큰 양력계수로 동작하고, 블레이드 뒤의 증기 공동부가 넓어지며, 하나의 블레이드 공동부의 외면과 그 다음 블레이드의 추진면 사이의 거리가 작아진다는 것이다. 따라서, 블레이드는 명백하게 추력의 손실이 되는 증기거품을 효과적으로 밀고 나아간다. 특히, 이 두가지 요소는 수상구동용으로 설치된 선박이 지나치게 강력한 엔진이 장착되어야 한다는 점에서 상당한 어려움이 있게 된다. 이러한 구동장치에 의한 한계로 인해, 사용이 제한되고 비용은 높아진다. 또한, 이러한 프로펠러는 조작할 때 또는 정박할 때 손상입혀지기 쉬운 선체 뒤에 수직으로 장착되고, 대부분의 경우 프로펠러는 선박이 뭍으로 끌어올려질 수 있게 위로 충분히 상승될 수 없다.
근년에는 제트펌프에 의한 구동장치도 2종의 선박에 점점 더 사용되고 있는데: 이들은 저성능 보트와 개인용 선박(제트오토바이 등), 그리고 거대한 호화요트와 능률적인 작업선이다. 하지만, 제트구동장치는 다수의 뚜렷한 단점들로 악화되고 있는데, 실제로 효율이 대개 60% 미만이고, 50% 미만으로 될 때도 잦다. 또한, 제트구동장치는 비교적 복잡하고 비싸며, 설치도 다른 구동장치보다 더 힘들다.
본 발명의 목적은 대체로 전술한 단점들 중 하나 이상을 없애거나 최소화하는 추진시스템을 제공하는 것이다.
이에 따라, 본 발명은 선박용 추진시스템을 제공하는 바, 이 시스템은 선박의 선미(transom)로부터 뒤쪽으로 뻗어 있는 하나 이상의 축과; 이 하나 이상의 축에 장착되고서 선체의 뒷모서리(trailing edge)에 인접하게 위치되어, 선박의 이용시 선체의 선미 뒤에 형성된 선미 공동부에서 작동하도록 된 표면에 노출되는 프로펠러 및; 상기 하나 이상의 축을 구동시키는 구동수단;을 구비하되, 상기 프로펠러는 허브와, 이 주위에 바람직하게는 실질적으로 같은 각거리로 떨어져 있는 다수의 블레이드를 갖추고, 블레이드 코드(chord:C)에 대한 블레이드 간격(S)의 비(S/C)는 실질적으로 블레이드의 전체 길이를 따라 적어도 2.0이 된다.
본 발명의 추진시스템의 장점은, (실질적으로 각 블레이드의 전체 길이를 따라 적어도 2.0인) 블레이드 코드에 대한 블레이드 간격의 높은 비율이 블레이드 코드에 대한 블레이드 간격의 비가 일반적으로 단위영역이나, 더 흔하게는 그보다 더 작은 영역내에 있도록 되는 표면에 노출되는 프로펠러형의 종래의 공지된 추진시스템에서 보다 훨씬 더 큰 효율을 가능하게 한다는 것이다.
달성되는 증가된 효율의 원인 한가지는, 하나의 블레이드의 뒷면과 다음 블레이드의 추진면 사이의 거리가 비교적 크고, 이에 따라 사용 중에 뒤의 (다음의) 블레이드의 압력장이 전술된 (앞의) 블레이드의 뒷모서리 뒤에 형성된 블레이드 공동부 뒤에 상당히 분포된다는 것이다. 이러한 특성에 의해 증가된 효율은 주로 느린 선박속도에서 나타난다. 비교적 작은 블레이드 코드의 다른 장점은, 각 블레이드가 물이 들어오고 나가는 변화기간 동안에 블레이드가 비교적 큰 코드로 되어 있는 종래의 공지된 수상구동시스템과 비교될 때, 프로펠러 싸이클의 비교적 작은 부 분을 형성한다는 것이다. 블레이드는 이 변화기간 동안에 상당히 감소된 효율로 작동한다.
선박의 선체와 관련하여 "선미 공동부(transom cavity)"라는 낱말은, 선박의 시동 후에 그리고 느린 선박속도 및 빠른 선박속도에서 선체의 뒷모서리 바로 뒤에 형성된 공기주머니에 관한 것이다. 프로펠러를 선체의 뒷모서리에 밀접하게 위치시킴으로써, 이에 의해 형성된 상기 선미 공동부에서 작동시키기 위해서, 블레이드가 (종래의 추진시스템에서와 같이) 빠른 소용돌이 속도의 구역에서 작동하게 되는 조건에서 교반효과(churning effects)로 인한 과다한 동력손실을 피할 수 있게 된다.
각 블레이드에 관해서, "블레이드 공동부"라는 낱말은, 사용중에 있는 프로펠러의 각 블레이드의 뒷모서리 뒤에 형성된 (물속의) 증기공간에 관한 것이다.
블레이드 코드(C)에 대한 인접한 블레이드의 블레이드 간격(S)의 비(S/C)는, 바람직하게는 실질적으로 블레이드의 전체길이를 따라 2에서 5이상까지의 범위내에 있고, 되도록이면 2.3에서 4.0까지의 범위내에 있다. 비(S/C)가 5보다 더 크게 선택될 수 있지만, 블레이드가 너무 약해서 실제로는 충분히 효과적이지 못한 상한계가 있다. 이는 대부분의 경우 S/C의 비가 10보다 큰 경우로 되지만, 큰 비율은 낮은 엔진동력을 높은 프로펠러의 속력으로 전환하고자 하는 곳에 이상적이다.
블레이드 코드(C)에 대한 블레이드 간격(S)의 비(S/C)는, 바람직하게는 블레이드 길이의 적어도 95% 이상을 따라, 되도록이면 블레이드 길이의 적어도 95%를 따라 적어도 2이다.
바람직하게는, 프로펠러의 허브는 비교적 크고, 프로펠러의 직경(Pd)에 대한 허브 직경(Hd)의 비(Hd/Pd)는 적어도 0.35이고, 바람직하게는 0.4 이상이다. 이러한 큰 허브 직경의 장점은, (프로펠러가 빠른 운전속도에서보다 더 낮은 위치로 되려 하는 경우) 저속도에서 프로펠러의 각 회전중에 있는 블레이드에 의해 물에 젖은 영역의 많은 부분이 공기내에 있게 된다는 것이다. 특히, 이는 젖은 공기의 많은 부분이 이러한 저속도에서 큰 추력을 얻도록 요구되는 느린 선박속도에서 유익하다. 공지된 종래의 추진시스템에서는, 저속도에서 물에 젖은 영역의 많은 부분이 물속에 있는데, (이에 따라 블레이드의 작동은 엔진으로부터 더 큰 동력흡수를 요구하게 되고), 본 발명의 시스템과 비교할 때 이런 저속도에서 상당히 감소된 추력을 유도한다.
또한, 프로펠러의 직경비에 대한 큰 허브 직경은 종래의 프로펠러에서보다 프로펠러 블레이드의 길이를 따라 유동속도에 있어서 훨씬 변화가 덜하다는 것을 뜻하고, 이에 따라 좋지 않은 조건에서 성능의 변화는 눈에 덜 띄는 바: 일반적으로, 허브 직경에 대하여 블레이드가 짧아질수록 물에서 형성된 반경방향으로 작용하는 유동력은 더 작아지며, 추진시스템의 효율은 더 커진다. 또한, 블레이드가 짧아질수록 사용하는 동안에 블레이드의 굽힘과 휨은 더 작아진다. 많은 경우에, 블레이드는 일정한 단면으로 이루어질 수 있고, 상당한 성능손실을 일으키지 않고 길이를 따라 단지 비틀릴 수 있다.
프로펠러는, 바람직하게는 하나 이상의 축에 장착되되, 이 프로펠러의 평면이 상기 축에 대체로 직각이 되도록 장착된다. 더우기, 축은 바람직하게는 선박에 장착되되, 이 프로펠러의 평면이 추력선에 대체로 수직이 되게 장착된다. 이는 시동 및 저속도에서 엔진으로부터 전달된 추력을 최소화시키는 장점을 갖는다.
또한, 프로펠러의 직경은 바람직하게는 비교적 크게 선택된다. 예컨대, 선체의 정흘수(Hs;靜吃水)에 대한 프로펠러 직경(Pd)의 비(Pd/Hs)는 적어도 1.4이상으로 될 수 있다. 큰 직경의 프로펠러를 이용하는 장점 하나는 더 빠른 원주속도가 종래의 프로펠러와 동일한 r.p.m.을 이용하여 얻어질 수 있다는 것이다.
본 발명의 추진시스템에서, 바람직하게는 프로펠러의 회전축에 대한 프로펠러의 블레이드의 각 또는 피치(β)는 변화할 수 있다. 이는 추진시스템에 블레이드의 피치를 제어하는 블레이드의 피치제어수단을 구비함으로써 성취될 수 있다. 블레이드의 피치제어수단은 기계적인 수단과 전기적인 수단, 압축을 받는 유체, 및 바람직하게는 유압수단으로 될 수 있다. 바람직하게는, 피치제어수단은 블레이드의 피치각(β)이 50°와 120°사이에서 변화될 수 있도록 형성되고 배치된다. 이러한 방식으로 블레이드의 피치를 제어함으로써, 추진시스템의 전체 효율은 개선될 수 있다. 예컨대, 상기 블레이드의 제어수단은 선박의 저속도 작동범위에서 블레이드가 80°까지, 어떤 경우에는 90°에 이르는 각도에서 기울어지도록(pitched) 형성되고 배치될 수 있다. 이는 제공된 엔진동력에 대해 이용가능한 추력을 최대화시킨다.
상기 블레이드의 제어수단은, 가장 간단한 형태로는 블레이드가 장착된 이송 수단에 연결된 피치제어로드의 형태로 된 기계적인 피치제어수단을 구비하되, 상기 제어로드와 이송수단은 제어로드의 축방향운동이 이송수단의 회전운동으로 변환되도록 형성되고 배치되어서, 블레이드가 회전되어 그 각도 또는 소위 "피치"를 (프로펠러의 회전축에 대해) 변화시킬 수 있도록 된다. 간편하게는, 프로펠러가 장착되는 축은 중공재이고, 피치제어로드가 그 내부에 놓인다.
바람직하게는, 추진시스템은 선박의 선체의 선미로부터 뒤쪽으로 뻗어 있는 적어도 두 축을 구비하고, 각각의 축은 상기 설명된 것과 같이 이에 장착되는 프로펠러를 갖추고 있다. 이러한 2개의 프로펠러가 구비된 경우, 블레이드의 피치제어수단은 바람직하게는 각각의 프로펠러에 있는 블레이드의 피치를 제어하도록 구비된다. 상기 블레이드의 제어수단은, 선박의 바람직하고 실제적인 경로에 의존하고 선박의 경로가 제어될 수 있도록 하면서, 바람직하게는 독립적으로 각각의 프로펠러에 있는 프로펠러 블레이드의 피치를 변화시킬 수 있도록 형성되고 배치될 수 있다. 이것은 방향타가 선박에 구비될 필요성을 없애준다. 가장 간단한 형태로서, 상기 블레이드의 제어수단은 상기 설명된 방식으로 두 프로펠러축의 각각에 놓인 상기 피치제어로드를 구비할 수 있다.
추진시스템이 2개의 상기 프로펠러를 구비하는 경우에, 각각의 구동축은 대개 반대방향으로 회전될 수 있게 배치되어서 프로펠러에 의해 창출된 임의의 측면추력을 대체로 없애게 된다.
상기 구동수단은 간편하게는 짧은 유니버설 구동축과 감속기어박스를 구비하며, 만일 바람직하다면 내연기관에 의해 구동된다. 또한, 구동수단은 전기적, 수력 적, 또는 공기로 구동되는 모터를 구비할 수 있다.
바람직하게는, 블레이드의 피치제어수단은 선박의 요구속도와; 선박의 실제속도; 엔진의 요구속도; 엔진의 실제속도; 물에서의 선박위치; 선박의 요구경로 및; 선박의 실제경로 중 하나 이상에 따라 블레이드의 피치를 자동적으로 제어하도록 된 정보처리기능을 가진 피치제어장치를 추가로 구비할 수 있다. 정보처리기능을 가진 피치제어장치는, 예컨대 (구비된) 각 피치제어로드의 축방향운동을 제어하여 두 프로펠러에 있는 프로펠러 블레이드의 피치를 변화시킬 수 있도록, 바람직하게는 독립적으로 선박의 조향장치와, 또 바람직하게는 선박의 속도제어장치를 구비하게 되어 있다. 간편하게는 피치제어장치는 피치제어로드의 축방향운동을 제어하는 전기적 또는 전자적 "폐쇄루프"형 제어장치를 구비할 수 있다.
또한, 정보처리기능을 가진 피치제어장치는 선박의 엔진속도도 제어할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 정보처리기능을 가진 피치제어장치는 블레이드의 피치를 변화시켜, 바람직하게는 프로펠로가 선박이 빠른 전방속도로 운항할 때 작동하도록 되어 있는 소정의 요구속도에서 소정의 속도로 프로펠러의 회전속도를 유지하도록 되어 있다.
블레이드가 임의의 특별한 작동조건에 대해 최적으로 최대의 추력을 발생시키게 될 때, 블레이드의 코드비에 대한 비교적 큰 블레이드의 공간을 성취하기 위해서, 피치제어장치는 비교적 좁은 코드를 갖는 블레이드의 사용으로 인한 임의의 추력의 손실을 보상하게 된다. 더우기, 특히 적어도 2개의 프로펠러가 구비된 경우 에, 블레이드의 상기 설명된 피치제어에 의해 성취된 무한히 변화가능한 전후구동은, 좌현에서 선박의 손쉬운 조작을 허용하게 되고 고속도의 항력에서 방향타가 없음으로 인해 상당히 감소된다.
프로펠러 당 블레이드의 갯수는 보통은 2와 5 사이에 있고, 바람직하게는 프로펠러 당 3개 또는 5개의 블레이드로 된다. 어떤 경우에는, 5개 이상의 블레이드가 더 부드러운 구동을 얻는 데에 바람직할 수 있다. 블레이드는 그 길이를 따라 꼬여 있을 수 있다. 바람직하게는 이 꼬임은 25°인 바, 가장 바람직하게는 20°이다. 20°이상에서는, 일반적으로 효율의 감소가 나타난다고 알려져 있다.
실용적인 설계로 인해 선박의 선미에 바로 인접하여 프로펠러를 장착할 수 없는 경우에, 보강수단이 선미와 프로펠러 사이의 소정의 틈을 메울 수 있게 추가로 구비될 수 있다. 보강수단은 프로펠러의 블레이드 방향으로 유체유동을 직진시키는 데에 유용하다.
선택적으로는, 선박의 선체의 끝부분 프로파일은 상기 하나 이상의 프로펠러의 허브의 프로파일에 대체로 상응하면서, 대체로 아치형 프로파일을 갖는 하나 이상의 볼록한 돌출부를 구비할 수 있다. 상기 볼록한 돌출부의 호는 대략 180°에까지 이를 수 있다. 상기 하나 이상의 프로펠러는, 바람직하게는 상기 볼록한 끝부분의 앞에서 그 축에 놓여서 프로펠러가 선체의 상기 볼록한 끝부분의 돌출부와 반대쪽에 놓이게 된다.
본 발명의 추진시스템을 갖춘 선박이 예컨대 제트스키와 같은 레져용 선박인 경우에, 바람직하게는 안내수단이 프로펠러를 둘러싸서 블레이드들 사이로 들어가 는 임의의 방해물을 방지하도록 즉 안전을 위해 구비된다.
이제 본 발명의 바람직한 실시예는 단지 실시예로 첨부하는 도면을 참조로 하여 설명된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 추진시스템을 구비한 선박의 일부를 개략적으로 도시한 측면도이고,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 추진시스템을 구비한 선박의 일부를 분리하여 도시한(도 6의 X-X'선에서 본) 측단면도,
도 3은 도 2의 장치에 결합된 피치제어기구의 일부를 도시한 배면도,
도 4는 상승되는 프로펠러를 갖춘 선박의 선체 외부에서 본 도 2에 도시된 장치의 끝단면도,
도 5는 (편의를 위해) 윤곽선으로 도시한 선박의 엔진을 갖춘 선체 내부에서 본 도 2에 도시된 장치의 끝단면도,
도 6은 (낮아진) 작동위치에서 프로펠러를 갖춘 선박의 선체 외부에서 본 도 2에 도시된 장치의 끝단면도,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 추진시스템의 개략적인 측면도,
도 8은 도 7에 도시된 추진시스템의 두 프로펠러의 배치를 개략적으로 도시한 끝단면도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 추진시스템의 기계적 피치제어의 배치를 도시한 단면도,
도 10a는 도 1 또는 도 2에 도시된 추진시스템의 프로펠러의 일부를 나타낸 측단면도,
도 10b는 종래의 가변피치 프로펠러에 상응하는 부분을 도시한 측단면도,
도 11은 종래의 제트추진시스템과 도 1 또는 도 2에 도시된 새로운 추진시스템(NPS)의 추력과 효율을 비교한 그래프,
도 12는 종래의 고정된 블레이드 피치와 큰 동력에서 작동하는 수상용 프로펠러를 갖추고, 프로펠러의 중심에서 반경 R의 거리에 있고 단면으로 도시되는 두 블레이드에 대한 개략적인 설명도,
도 13은 순항속도로 작동하는 도 12에 도시된 것과 동일한 프로펠러의 두 날개부에 대한 개략적인 설명도,
도 14는 느린 (순항)속도로 작동하는 본 발명에 따른 추진시스템의 프로펠러의 중심에서 반경 R의 거리에 있고 단면으로 도시되는 두 날개부에 대한 개략적인 설명도,
도 15는 빠른 속도로 작동하는 도 14에 도시된 것과 동일한 프로펠러의 두 날개부에 대한 개략적인 설명도,
도 16은 추력이 0인 상태에서 작동하는 도 14에 도시된 것과 동일한 프로펠러의 두 날개부에 대한 개략적인 설명도,
도 17은 날개부에 꼬임상태가 도시된 상이한 반경으로 되어 있는 도 15와 도 16의 블레이드 중의 하나를 나타낸 단면도,
도 18은 속도에 대해 나타낸 종래의 표면에 노출되는 추진시스템의 효율과 새로운 추진시스템(NPS)의 효율을 비교한 그래프,
도 19는 상기 종래시스템의 효율에 대해 새로운 추진시스템(NPS)의 효율을 나타낸 그래프,
도 20은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전송제어시스템을 나타내는 블록다이어그램,
도 21은 도 20의 시스템에서 메인 스로틀의 제어위치(q)에 대해 엔진 스로틀의 위치(s)를 나타낸 그래프,
도 22는 엔진의 설계속도(rd(s))와, 엔진의 최대동력속도(rm(s)) 및, 엔진의 최대동력(W(s))을 비교한 그래프,
도 23은 도 20에 도시한 시스템의 엔진모터의 회전 제한장치의 배치에 대한 블록다이어그램,
도 24는 도 20에 도시한 시스템의 정지 제한장치의 배치에 대한 블록다이어그램,
도 25는 도 20에 도시한 시스템의 스로틀 배치에 대한 블록다이어그램,
도 26은 도 20에 도시한 시스템의 스로틀 제한장치의 배치에 대한 블록다이어그램,
도 27은 도 20에 도시한 시스템의 조향 제어장치의 배치를 나타내는 블록다이어그램이다.
이해를 확실히 하기 위해, 앞뒤에 사용되는 "블레이드 공간(S)"과 "블레이드 코드(C)"라는 낱말은 다음과 같이 정의된다.
블레이드 코드(C)는, 프로펠러의 회전축으로부터 소정의 반경으로 블레이드의 앞모서리(LE)에서 유효 뒷모서리(TE1)까지 통상 블레이드의 젖은 표면을 가로질러 뻗는 라인의 길이로 된다.
블레이드의 유효 뒷모서리(TE1)는, 블레이드 공동부(Ca)의 앞면(C'')이 장착되는 블레이드의 젖은 표면의 가장자리로서 정의된다.
블레이드 공간(S)은, 하나의 블레이드 코드의 중심으로부터 인접한 다음 블레이드 코드의 중심까지 측정된 인접한 두 블레이드 사이의 회전거리로 된다.
(상기 정의에 사용된 브래킷에 대한 참조는 도 12 내지 도 16에 의한 것이며, 이들 도면에 도시된 실시예는 아래 설명의 후반부에서 상세히 설명됨)
본 발명의 가능한 일실시예에 따른 추진시스템이 도 1에 도시되어 있다. 이 시스템은 도 1에 개략적인 측면도로 나타내어지고, (단면으로 도시된) 선박의 선체(3)의 선미(2)에서 후방으로 뻗는 축(1)을 갖추되, (종래의 표면에 노출되는 프로펠러와 비교할 때) 비교적 짧은 길이와 비교적 폭이 좁은 코드로 되어 있는 다수의 블레이드(6)가 비교적 큰 직경의 허브(5)에 부착되는 특징을 갖는 표면에 노출되는 프로펠러가 부착된다. 프로펠러(4)는 선박에 이용될 때 선체(3)의 뒷모서리(7)에 바로 인접하게 부착되어, 선체 바로 뒤에 형성된 선미 공동부에서 작동하게 된다. 정흘수는 (즉, 선체(3)의 바닥부 위의 수면(s)의 높이) 참조부호 Hs로 도 1에 나타내어져 있다. 프로펠러 허브(5)의 바닥부는 선체(3)의 바닥부와 정렬된다. 만약 로터가 선체의 뒷모서리 바로 뒤에 정렬될 수 없다면, 보강수단(도시되지 않음)은 간편하게 블레이드 방향으로 유동을 안내하고 선체(3)와 블레이드(6) 사이의 틈을 메울 수 있게 될 수 있다. 축(1)은 선미(2)에 부착된 베어링하우징(8)에 끼워지고, 짧은 유니버설 구동축(9)과 내연기관(11)의 감속기어박스(10)에 의해 구동된다. 이러한 형태의 구동장치는 단지 예로 나타내어진 것이고, 다른 다양한 구동의 배치가 가능하다. 예컨대, 사용을 위해 전기적, 수력적, 또는 공기모터를 갖춘 단순화된 구동장치가 (아래에서 설명되는) 도 7에 도시되어 있다.
도 1에 도시된 시스템에 기초하고 있지만 두 프로펠러를 갖춘 본 발명의 실시예는 도 2 내지 도 6에 도시되어 있는데, 이 실시예는 선체(3)의 선미(2)에서 후방으로 뻗는 2쌍의 회전축(1)을 갖춘 추진시스템을 나타내며, 이들 회전축 각각에는 비교적 짧은 길이와 비교적 폭이 좁은 코드로 되어 있는 다수의 블레이드(6)가 비교적 큰 직경의 허브(5)에 선회적으로 부착되는 특징을 갖는 표면에 노출되는 프로펠러(4)가 부착된다. 프로펠러의 직경(Pd)에 대한 허브직경(Hd)의 비(Hd/P d)는 적어도 0.35이다. 블레이드 코드에 대한 블레이드 공간의 비(S/C)는 대체로 각 블레이드의 전체 길이를 따라 적어도 2.0이다. 프로펠러(4)는 선체(3)의 뒷모서리(7)에 바로 인접하게 부착되어 선미의 공동부에서 작동하게 된다. 도 1과 관련하여 상기 설명된 것과 같이, 보강수단(도시되지 않음)은 간편하게 선체(3)와 블레이드(6) 사 이의 틈을 메우도록 되어 블레이드 쪽으로 유동을 안내한다. 블레이드(6)의 피치는 양과 음 양쪽에서 변화가능하다. 피치를 제어하기 위한 다양한 기계적, 수력적 또는 전기적 배치가 얻어질 수 있는 한편, 간단한 기계적 피치제어가 예로 도시되어 있다. 이러한 배치에서, 중공 구동축(1) 내의 부쉬(15)에 의해 위치된 제어로드(14)는 두 방향의 트러스트베어링(17)에 의해 제어로드에 부착된 캠판(16)을 작동시킨다. 블레이드(6)는 밀봉된 트러스트 레디얼베어링(19)에 의해 프로펠러의 허브(5)내에 선회적으로 설치된 이송수단(18)에 볼트결합된다. 종동캠(20)은 이송수단(18)의 안쪽끝에 끼워져서 제어로드(14)의 축이동이 이송수단(18)의 회전이동을 발생시키게 된다. 축(1)은 한쌍의 인버팅기어(22,23)를 보호하는 하나의 선미(2)에 유연하게 장착된 기어박스(21)의 베어링에 끼워진다. 입력축(25)은 동기식 구동벨트(27)에 의해 구동된다. 드라이버풀리(28)는 연소엔진(11;도 5참조)의 플라이휠(29)에 직접 볼트결합된다. 입력축(25)에 끼워진 풀리(26)는 기어박스(21)에 동력을 전달한다. RH기어박스는 꼬임축(30;lay shaft)을 갖추고, RH 및 LH프로펠러는 반대로 회전한다. 기어박스(21)는 선미(2)에 볼트결합된 환형링(32)내의 유연한 환형부착물(31)을 거쳐 선미(2)에 부착된다. 유연한 환형부착물(31)은 프로펠러(4)에 첨가된 추력을 얻도록 배치된다. 기어박스(21)는 엔진의 플라이휠의 하우징(34)에 단단하게 고정되는 케이싱(33)에 선회적으로 부착되어 선박이 하선될 수 있게(도 4참조) 위쪽으로 매달려질 수 있다. 부쉬(35,36,37)는 마찰을 감소시키기 위해 케이싱(34)과 기어박스(21) 사이에 배치된다. 액츄에이터(도시되지 않음)가 이런 목적으로 제공될 수 있다. 구동장치가 예시되어 있으며, 다양한 다른 단일 또 는 다중엔진 구동장치의 배치가 가능하다.
도 2 내지 도 6에 도시된 본 발명의 실시예에서, 선체(3)는 각각 두 프로펠러(도 4참조) 중 각 하나의 허브에 대체로 각각 상응하는 (각각 대략 120°의 호를 갖는) 2개의 아치형의 볼록한 돌출부를 갖고 있다. 각각의 볼록한 선체의 돌출부와 마주보게 배치된 각 프로펠러의 허브와 함께, 이러한 배치는 물속의 프로펠러에 닿는 면적을 증가시킨다. 어떤 상황에서 이는 프로펠러의 효율을 향상시키지만, 이러한 형태의 선체 프로파일은 매우 빠른 속도로 운전되는 선박에는 실용적이지 못하며, 이런 형태의 볼록한 돌출부가 없는 선박이 선체(3)에 제공되게 된다.
하선되는 데에 요구되는 소형선박(예컨대 제트스키) 또는 선박을 위한 구동장치의 바람직한 형태가 도 7과 도 8에 도시되어 있다. 이것은 모터축(12)에 직접 장착된 로터(4)를 포함하고, 모터케이싱(13)이 선체(3)의 선미(2)에 장착된 것이다. 바람직하게는, 모터축(12)이 블레이드 피치제어로드(14)의 통로를 제공하도록 속이 비어 있다 (하지만, 구동장치가 가변속도 및 그 역으로 작동될 수 있는 것처럼 블레이드는 어떤 경우에는 고정된 피치로 될 수 있다). 이 실시예에서, 금속이나 플라스틱 보호구(38)는 각 프로펠러 원주의 낮은 부분 주위에 끼워지고, 입구메쉬(39)와 출구메쉬(40)는 각각 손상을 방지하고 유동스트레이트너와 같이 작용하는 보호구의 앞뒤에 끼워진다. 메쉬는 벌집형, 환상형, 또는 다른 적당한 형태로 될 수 있다.
2개 또는 다중의 구동장치를 갖춘 선박이 프로펠러의 뒤에 끼워진 종래의 방향타에 의해 조향될 수 있는 반면에, 더 효과적인 수단이나 조향장치는 피치제어수 단을 구별하여 동작시켜서, 바람직한 회전의 외부쪽으로 회전의 내부에 프로펠러보다 더 큰 피치로 작동하게 된다. 내부의 프로펠러는 빈틈 없는 회전과 준정지동작에 대해 역피치로 작동할 수 있다. 더 큰 선박에 대해 (뒤에 설명되는 것과 같은) 피치제어의 수력적 또는 전기적 작용은 이로우며, 도 9를 참조로 하여 설명되는 것과 같이 피치제어로드를 사용하는 간단한 기계적 배치가 이용될 수 있다. 예컨대, 각각의 두 프로펠러(도시되지 않음)에 대한 두 피치제어로드(14)는, 도 7과 도 8의 실시예에 있는 기어박스(21)나 전기 또는 수력모터(13)에 고정되는 하우징(103)에 슬라이드 되도록 구속되는 두 캠판(102)에 의해 작동되는 종동캠롤러(101)와 함께 선박내의 끝에 끼워질 수 있다. 바람직하게는 하우징(103)은, 덮개(도시되지 않음)에 의해 밀봉된다. 캠판(102)은 조합된 조향 및 피치제어기구(105)에 푸쉬풀형 제어케이블(104)에 의해 연결된다.
피치제어기구는 축(107) 둘레에서 선회되고 레버(108)에 고정되는 레버(106)를 포함한다. 제어로드(109)는 레버(108)를 제어케이블(104)의 외부 덮개(sheath)가 고정되는 이송수단(110)에 피봇연결한다. 이송수단(110)은 하우징(111)내에서 슬라이드 되고, 레버(106)는 중립위치에 도시되어 있다. 도 9의 화살표(F) 방향으로의 레버(110) 회전은, 캠판(102)을 화살표(Fc)의 방향으로 이동시키고 화살표(Fp)의 방향으로 두 제어피치로드(14)를 이동시키는 두 케이블(104)의 동일한 연장을 발생시킨다. 화살표(R)의 방향으로 레버를 이동시키는 것은 역효과를 발생시킨다. 레버(106)에 선회적으로 부착된 마찰제어장치(17)는, 하우징(111)에 고정된 부분(116)에 대해 잠겨서 조향기구로부터의 반발력이 피치제어조정을 변경시키지 못하게 하고, 중립의 멈춤쇠의 위치(118)는 고정된 부분(116)에 끼워진다.
(해칭된 외곽선으로 도시된) 조향휠(112)은, 하우징(111)내에 지지된 베어링으로 회전되지 않는 축(113)에 끼워진다. 조향축(113)의 피니언(114)은 내부케이블(104)의 끝에 끼워진 볼조인트(104a,104b)가 고정되는 기어(115)를 구동시킨다. 조향휠의 시계방향 이동은, 볼조인트(104b)의 축소를 발생시키는 기어(114)의 반시계방향 회전과, 우측면에서 화살표(Fp) 방향으로 그리고 좌측면에서는 역방향으로 피치제어로드(14)의 이동을 교대로 일으키는 볼조인트(104a)의 연장을 발생시킨다.
피치제어와 조향조절에 의한 케이블 연장이 더해졌기 때문에, 도시된 것과 같이 캠판(102)을 형상화하여 피치제어로드(14)의 스트로크를 제한할 필요가 있고, 하우징(111)은 간편하게 덮개(도시되지 않음)에 끼워질 수 있다.
가로축 밀봉부를 통해 구동축의 간단한 통로를 갖는 상기 설명된 추진시스템은 단지 작은 압력수두로 되고, 많은 경우에는 선박의 정수선 위에 배치될 수 있다. 더우기, 단지 최소의 기어가 요구되어 프로펠러의 축이 낮은 마찰회전베어링에 끼워져서, 외부수에 의한 어떠한 윤활베어링도 필요하지 않게 된다. 또한, 선체의 뒷모서리에 바로 인접하게 끼워지는 프로펠러는 수면이 느린 선박속도에서보다 비교적 낮게 되는 선체의 일정한 후류장(wake field)에서 작동함을 의미한다.
새로운 추진기의 또 다른 장점은, 도 10a에 도시된 것과 같이 큰 허브 직경 때문에 블레이드의 이송수단(18)을 지지하는 베어링(19a,19b)의 공간이 더 넓게 이격될 수 있다는 것이다. 이 베어링들은 제어로드(14)의 제어력 뿐만 아니라 추진기의 블레이드(16)에 의해 형성된 상승하중(L)에 의한 매우 큰 추력과 모멘트를 받아야 한다. 배치는 니들롤러 또는 다른 롤링베어링의 사용을 허용한다. 트러스트베어링(19c)은 더 작은 원심하중(Pc)을 취한다. 게다가, 효율적인 공동부는 대개 중앙코드 위치의 다소 뒤에 있는 상승의 중심을 갖는다. 블레이드는 상승의 중심이 블레이드의 피봇축에 있도록 배치될 수 있다. 이로써 얻어지는 제어력은 낮아서 제어시스템의 동력이 최소로 된다.
대조적으로, 종래의 가변피치형 프로펠러의 베어링 배치는 블레이드의 이송수단(18)이 조합되어 있는 트러스트 저어널 슬라이딩베어링(19)에 의해 지지되는 도 10b에 도시되어 있다. 이 경우에 대해서, 저어널베어링은 상승하중(L)과 제어로드(14)의 제어력을 지지하는 한편, 트러스트베어링은 원심력(Pc) 뿐만 아니라 양력(L)에 의해 생성된 모멘트를 받는다. 더 작은 공간(A)은 블레이드에 의해 생성된 큰 모멘트에서 기인하는 더 큰 힘을 받게 되고, 대체로 더 큰 마찰력과 함께 이 힘은 적어도 새로운 추진기에 대한 경우보다 더 큰 힘을 갖는 제어력을 받는다. 더우기, 이는 압력의 중심이 약 25%의 코드점에 있다는 사실로 더 악화되어, 상승의 중심이 피봇축에 수직으로 배치될 수 없다. 슬라이딩베어링에 의해 발생된 큰 힘과 본래의 '스틱-슬립(stick-slip)'은 통상의 히스테리시스 효과를 갖는 큰 제어시스템의 동력을 받는다.
피치가 최적으로 제어될 수 있다는 사실 때문에, 블레이드의 선택은 고정된 피치프로펠러보다 덜 임계적이 되고, 무거운 조건과 무겁지 않은 조건 등의 사이에서의 성능의 변화는 매우 작다. 이는 프로펠러의 선택이 불명확할 때 중요한 요소이며, 사용중인 대다수의 보트와 선박은 최적화와는 거리가 먼 프로펠러를 달고 있다. 흔히 프로펠러는 시행착오에 의해 선택되어야 한다. 또한, 피치가 본 발명에 따라 최적으로 제어될 수 있기 때문에, 단지 제한된 대체블레이드의 범위는 종래의 프로펠러와 비교하여 유지비용을 감소시키며, 폭넓은 사용범위를 만족시키는 데에 요구된다.
또한, 프로펠러는 선박의 주어진 크기/형태에 대해 종래의 공지된 프로펠러와 비교하여 비교적 크다. 예컨대, 빠른(40노트) 30,000톤급 화물선에 대해서, (블레이드의 끝에서) 프로펠러의 직경은 대략 10.8m가 되고, 허브의 직경은 대략 4.3m가 된다 (그리고 정흘수는 대략 4m가 됨). 이러한 형태의 선박에 대해 종래의 물속에 있는 프로펠러는, 허브직경이 1m인 8m 직경의 프로펠러를 구비한다. 유사하게, 35노트의 레져용 낚시보트에 대해 본 발명의 프로펠러는, 프로펠러의 직경이 대략 530mm이고, (정흘수가 대략 200mm가 되는) 허브의 직경이 195mm인 한편, 동일한 보트에 대해 종래의 물속에 있는 프로펠러는 일반적으로 프로펠러의 직경이 330mm이며, 허브의 직경은 90mm이다. 작고 가벼운 수상기에 대해서, 본 발명의 프로펠러는 직경이 대략 385mm인 프로펠러와, 직경이 192.5mm인 허브(25mm의 정흘수)를 구비하는 한편, 이러한 선박에 대한 종래의 수상용 프로펠러는 대략 직경이 200mm인 프로펠러와 직경이 50mm인 허브를 갖는다.
상기 설명된 빠른 화물선에 대해서 본 발명에 따른 프로펠러의 블레이드의 꼬임각은 대략 18.7°로서, 블레이드의 뿌리에서 2.18, 블레이드의 끝에서 5.17로 증가하는 비(S/C)를 가지며, 코드(C)는 블레이드 길이의 75% 이상으로 증가하고 끝에서 감소한다.
35노트의 낚시보트에 대해서, (본 발명에 따른 프로펠러의) 블레이드의 꼬임각은 어쩌면 25°이상이 될 것이며, 비(S/C)는 뿌리에서 3.18, 프로펠러 직경의 60%에서 4.45, 그리고 블레이드의 끝에서 8.75로 증가하는데, 코드(C)는 블레이드 길이의 75% 이상으로 다시 증가하고 끝에서 감소한다. 가벼운 수상기에 대해서, 블레이드의 꼬임은 대략 12.8°이며, 비(S/C)는 뿌리에서 3.6, 플로펠러 직경의 75%에서 5.44로 되고 블레이드의 끝에서 6.99로 증가하게 된다.
큰 직경으로 되어 있고, 선체의 뒷모서리에 가까이 위치되어 있는 프로펠러는, 블레이드에 의해 잠긴 비율이 선박이 정지하거나 후방으로 이동할 때까지도 수면 위에 있다는 것을 의미하며, 블레이드 주위의 환기된 공동현상의 유동은 이러한 조건하에 유지될 수 있고, 이에 따라 프로펠러는 정지해있을 때와 까다로운 조작에 대해서도 최대속도로 계속 회전할 수 있게 된다. 또한, 이렇게 유지된 공동현상의 유동은 클러치구동에 대한 요구조건을 없애준다. 블레이드는 중립위치에서 유지될 수 있어서, 각 블레이드가 양의 중립이 유지되는 앞 블레이드에 의해 형성된 공동부에 끼이게 된다. 또한, GPS수신기에 연결된 전자적/수력적 또는 전자적/전기적 제어시스템은 선박이 지압에 견디는(geo-static) 위치에서 유지되도록 될 수 있다.
또한, 직경이 크다는 것은 표준 프로펠러에 대해 물에 잠긴 면적을 증가시키 는 한편, 이와 동시에 정흘수를 감소시킨다. 이는 눈에 띄게 슬립을 감소시킨다 (그리고 효율을 증가시킨다). 이는 특히 두 프로펠러가 장착되는 바람직한 경우에 눈에 띈다 (선미에 부착되는 것은 프로펠러 직경의 물리적 제한과는 관계없음).
블레이드가 어떤 특정조건에 대해 최적으로 방위설정될 수 있다는 것과, 선박이 큰 직경의 프로펠러와 함께 최대 엔진속도에서 정지상태로부터 가속될 수 있다는 것은, 블레이드가 낮은 코드로 될 수 있다는 것을 의미하며, 또한 상승계수는 적당한 수준으로 유지될 수 있다. 이는 전술한 블레이드 뒤의 공동부에 대해 각 블레이드의 공간이 비교적 크게 될 수 있다는 종래의 표면에 노출되는 프로펠러의 중요한 단점들 중의 하나를 극복한다. 더우기, 저속도의 추력은 다른 추진시스템과 비교하여 예외적으로 높고, 항공기의 속도에 상응하도록 될 수 있는 적당한 속도에서(아래에서 설명됨)의 추력은 다른 추진시스템보다 상당히 크다. 이는 상기 설명된 것과 같이 예상되는 추력과 새로운 추진시스템(NPS)의 효율, 그리고 전형적인 종래의 제트추진시스템을 비교하는 그래프인 도 11에 도시되어 있다.
피치제어기구에 의해 얻어진 무한히 변화가능한 전후구동은 좌현에서 매우 쉬운 조작을 허용하고, 큰 속도의 항력은 대체로 방향타가 없기 때문에 감소된다. 추진기와 엔진, 그리고 구동장치의 설치길이는 다른 추진시스템에서 보다 훨씬 더 짧게 될 수 있고, 무게는 더 작게 될 수 있다. 하중분포는 빠른 선박에 대해서는 이상적이다. 제조비용은 종래의 프로펠러 및 축배치와 비교할만 하며, 대체로 제트-구동장치나 수중-제트(hydro-jets)보다 작다.
상기 설명된 추진시스템의 장점 중 일부에 의해, 종래의 수상구동시스템의 문제들 중 일부와 본 발명의 장점이 되는 특징들이 도 12 내지 도 17을 참조로 하여 이하에서 설명된다.
도 12와 도 13은 특정한 직경에서의 단면이 펴진 채 도시된 공지되어 있는 종래형태의 표면에 노출되는 프로펠러를 나타낸다. 블레이드는 각도(β)에서 프로펠러의 세로축에 기울어진 고정된 피치로 되어 있고, 비(S/C)가 단위순으로 된 블레이드 코드(C)와 블레이드 공간(S)을 포함한다. 각 경우에 완전히 물에 잠긴 두 블레이드가 도시되어 있고, 임의의 부분적 또는 물에 잠기지 않은 블레이드는 생략되어 있다. 각 블레이드에 의해 형성된 블레이드 공동부(Ca)는 물이 블레이드의 앞모서리(LE)로부터 분리되어 형성된 증기/액체의 경계(Ca')에 의해 구획된 후면을 가지고, 물이 블레이드의 유효 뒷모서리(TE1)로부터 분리되어 형성된 다른 증기/액체의 경계(Ca'')에 의해 구획된 전면을 갖는다. 각각의 물에 잠긴 블레이드의 앞모서리(LE)에서 유효 뒷모서리(TE1)로 뻗는 표면은 완전히 물에 젖는 반면, 각 블레이드의 앞모서리(LE)에서 (활동적인) 뒷모서리(TE2)로 뻗는 후면은 단지 블레이드 공동부(Ca)에 있는 증기/공기의 혼합물과 접촉한다. 물에 젖은 표면(LE-TE1)을 따른 압력계수의 분포(P)는 앞모서리 가까이의 정체점에서는 뾰족한 끝(P1)을, 그리고 뒷모서리 가까이에서는 다른 더 넓은 뾰족한 끝(P2)을 포함한다. 도 12와 도 13에 도시된 압력계수의 분포는, 압력의 중심이 블레이드의 유효 뒷모서리(TE1)쪽에서 알맞은 효율적인 블레이드의 형태로 되어 있다. 보다 덜 효율적인 블레이드의 형태는, 뚜렷하지 않은 두번째 뾰족한 끝(P2)을 가지거나 두번째 뾰족한 끝이 전혀 없을 수도 있다. Va는 블레이드에 의해 젖은 면적을 통과하는 축속도이고, 선박의 속도와 슬립 (또는, 프로펠러에 의해 형성된 꼬임축)의 합이다. U는 회전에 의해 블레이드의 접선속도와 유입되는 물의 소용돌이속도 사이의 접선속도의 차이고, 상대속도의 합은 V이다. 길이 δH의 증분에 의해 생성된 양력(L)과 항력(D)은 다음의 방정식으로 정의된다.
L = ρwㆍ(V2 / 2) ㆍCLㆍCㆍδH and D = L / (CL / CD)
이 때, ρw는 물의 밀도이고, CL은 국부적인 3차원 양력계수, CL/CD는 국부적인 항력계수에 대한 양력계수의 비, 그리고 C는 블레이드의 코드이다.
국부적인 영역에 의해 생성된 추력(T)과 흡수된 동력(W)은 다음의 방정식으로 정의된다.
T = Lㆍsin(β) - Dㆍcos(β) and W = Uㆍ[ Lㆍsin(β) + Dㆍcos(β)]
도 12는 큰 동력과, 비교적 느린 보트속도에서 그러나 블레이드의 완전한 환기가 이루어진 후에 작동하는 프로펠러를 나타낸다. 이 때, Va는 작고, 만일 프로펠러가 예외적으로 (큰 동력흡수를 이끄는) 큰 양입각(angle of attack)에서 작동하지 않으면, U도 작아져야 하고 상대속도의 합(V)도 작아진다. 작은 U값의 큰 동력에 대해 양력(L)은 커져야만 하고, V가 작아질 때는 CL이 커져야 한다. 조합된 효과는, 공동화수(σ)가 높고 공동부(C)는 매우 두껍다는 것이다. 이러한 조건에서, 항력에 대한 양력의 비는 떨어져서 블레이드가 상당한 항력을 발생시킨다.
블레이드(σ1)에 의해 생성된 (압력계수 곡선(P)로 나타내어진) 양력이 벽의 변형을 일으키게 되는 공동벽(Ca')과 가까운 근방에서 작용한다는 사실로 감소되리라는 것이 도 12로부터 명백해진다. 그 결과는 양력(L)을 감소시키는 한편, 소정의 입력동력에 대해 항력(D)이 상당한 추력의 감소로 인해 더 증가하게 될 것이다. 양력이 감소되고 공동벽이 변형되는 정도는, 공동의 두께(T')에 대한 국부적인 유체흐름(T)의 비에 의존한다. 블레이드가 비교적 가깝게 떨어져 있고 (종래의 시스템에서와 같이) 공동부가 비교적 두꺼운 조건하에서 상기 설명된 조건으로 인한 추력의 감소는 매우 커질 수 있다.
엔진 토크와 생성된 추력에 대해 낮은 U값의 영향은, 선체의 뒤쪽과 프로펠러 사이의 거리에서의 상당한 차에 의존한다. 도 12에서와 같이 고정된 피치프로펠러가 선체(3)의 뒷모서리(7) 뒤에 바로 배치되는 경우, 선체는 유동가이드와 같이 작용하고 프로펠러로의 유입은 선체의 길이방향의 외형을 따른다. 이러한 조건하에서, 유입되는 물의 소용돌이속도는 0이고, U의 값은 프로펠러의 회전속도에 의해 다르게 조절된다. 대부분의 엔진은 느린 속도에서 적은 동력을 전달하고, 이러한 환경하에서 양입각은 전달된 엔진동력이 흡수될 때까지 증가한다. 엔진이 무리되는 한편 프로펠러는 매우 작은 추력을 전달하고, 선박은 속도를 얻을 수 없게 된다.
이러한 이유로, 다수의 수상용 구동장치는 예컨대 선미 뒤 선박길이의 적어도 5% 내지 10%로 배치된 프로펠러를 갖추고, 그리고/또는 선미 뒤의 프로펠러 직경의 35%와 180% 사이의 거리에서 선체(3)의 뒷모서리(7) 뒤의 프로펠러와 함께 배치된다. 이러한 배치에 있어서, 물은 소용돌이쳐서 프로펠러가 주어진 U값에 대해 더 빨리 움직이게 된다. 이는 이러한 경우에 가속이 나빠지고 상당한 교반손실이 생성됨에도 불구하고 엔진이 교대로 더 많은 동력을 전달하게 해준다.
도 13은 순항속도에서 프로펠러의 동일한 단면을 나타낸다. 이 경우에, 양입각과 양력계수는 상당히 감소되고, U와 Va, 그리고 V는 상당히 커져서 공동화수(σ)가 매우 감소되며, 공동(Ca)은 훨씬 미세해진다. 임의의 점에서 공동의 두께(T')에 대해 유체흐름의 두께(T)는 훨씬 감소되어, 양력의 감소와, 공동벽(Ca')의 변형, 그리고 결과적인 항력의 증가도 상당히 감소된다.
다음 블레이드에 의해 생성된 양력에 의한 공동경계(Ca')의 만곡 뿐만 아니라 감소된 공동화수(σ)와 양입각 때문에, 뒷모서리(TE2)에서의 공동의 두께와 요구속도 근방의 속도에서의 작은 공동화수와 작은 양입각은 블레이드 뒤쪽의 공동경계와 뒷모서리 사이에 작은 간극을 갖는 얇은 공동을 발생시킨다. 상기 요구속도보다 조금 큰 소정의 속도에서, 연속하는 블레이드의 압력분포는 상기 공동경계를 변형시켜 항력의 예상치 못한 증가에 의한 블레이드의 뒷면(LE-TE1)에 다시 부착된다. 이는 고정된 피치플로펠러에 대한 요구속도 이상의 효율로 속도가 줄어드는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 개선된 프로펠러에 대한 저속도예가 도 14에 도시되어 있다. 도시예에서, 블레이드 코드(C)는 작고 간격(S)은 매우 커서, 요구된 성능특성에 따라 비(S/C)가 2.3 이상으로 커질 수 있다. 블레이드는 고정된 피치블레이드에 대한 값보다 훨씬 더 큰 각도(β)로 조절되고, 매우 느린 속도에서는 78
Figure 112000016404683-pct00001
에서 80
Figure 112000016404683-pct00002
에 이를 수 있다. 이는 소정의 큰 접속속도(U)가 유지되도록 해주어 상대속도(V)도 커지며, 이에 따라 양력(L)은 얻어지는 손실이 큰 과도한 양입각에서도 블레이드를 작동시키지 않고 높아질 수 있게 된다. 이는 비교적 작은 공동화수(σ)로 되고 공동의 두께는 작게 된다. 이제 다음 설명되는 블레이드(σ2)가 앞 블레이드(σ1) 뒤의 소정 거리에 있다는 것은, 공동부가 다음 블레이드(σ2)에 의해 형성된 압력장(P)의 영향하에 굽혀지게 되고, 임의의 점에서 공동의 두께(T')에 대한 유체흐름(T)의 두께의 합성비가 도 17에 도시된 예와 비교하여 대체로 개선되게 해준다. 압력계수곡선(P)의 만곡과 합성손실은 매우 현저하게 감소된다. 이러한 형상의 프로펠러는, 바람직하게도 소용돌이속도가 유동을 프로펠러에 유입시키지 않도록 될 때, (이미 설명된 이유로 개선된 성능을 제공하는) 선체(3)의 뒷모서리(7) 바로 뒤에 위치될 수 있다.
이러한 경우에, 양력(L)은 높고, 항력(D)은 낮으며, 각(β)은 대략 90˚에 이른다. 흡수된 동력과 추력에 대한 상기 방정식으로부터, 이런 배치가 주어진 동력에 대해 추력을 최대화시킨다는 것이 명백해지며, 엔진이 최적속도에서 작동하도록 배치될 수 있을 때, 완전한 엔진동력이 어떠한 교반 없이도 또는 다른 거대한 손실 없이 흡수될 수 있다.
이러한 프로펠러에 대한 고속도예가 도 15에 도시되어 있는데, 이로부터 압력계수분포(P)가 높은 비(T/T') 때문에 앞 블레이드 뒤의 공동부에 의해 덜 효과적이 될 것이라는 것이 명백해진다. 블레이드는 소정의 큰 U값에서 작동할 수 있고, 블레이드각(β)은 임의의 바람직한 요구조건하에서 최적의 추력을 제공하도록 최적화될 수 있다. 블레이드각이 유동조건에 적합하도록 될 수 있다는 점과 관련되어, 앞 블레이드의 뒷모서리 뒤에서 알맞게 작동하는 다음 블레이드의 압력장과 함께, 블레이드의 뒷면(LE-TE2)에 대한 상부 공동부(Ca')의 재부착은 더 넓은 조작범위를 허용하여 지연될 수 있다.
도 16은 각 블레이드가 앞 블레이드 뒤의 공동부내에서 작동하는 0의 추력을 얻는 데에 사용된 원리를 나타낸다. 100%의 중립이 GPS시스템 또는 추력센서에 연결된 적극적인 제어장치를 필요로 하지만, 안정된 추력위치의 한 면에 대해 작은 변형에 대한 추력합은 두꺼운 공동부 때문에 매우 작아진다. 도 17에 도시된 블레이드의 꼬임 때문에, 블레이드의 내부와 외부의 끝은 소량의 안정된 양과 음의 추력을 생성할 것이다.
도 18은 본 발명에 따른 추진기와, 미국특허 제 3,938,463호에 공지된 형태의 (고정된 형상의) 경사지고 돌출된 프로펠러의 예상 효율곡선을 나타낸다. 이들 양 시스템은 80노트의 최대속도에서 최적화된다. 도 18은 새로운 추진기의 최대효율이 요구속도에서 돌출된 프로펠러에서 보다 8% 큰 반면, 다른 속도에서는 그 차가 훨씬 더 크게 표시되어 명확히 드러나는 두 효율에 대한 비를 나타낸다. 특히, 운전중의 선박에서 중요한 것은 운전속도에서의 효율이고, 미국특허 제 3,938,463호의 프로펠러는 새로운 추진기의 효율의 단지 50%의 값을 갖는다는 것이 명백하다.
본 발명의 상기 설명된 실시예에 따른 추진시스템에 의해 제공된 고속도의 선박에 대해서 효율의 매우 본질적인 개선은, 이상적인 성능에 대해서 대체로 더 작은 (그리고 더 가벼운) 엔진의 장착을 허용한다. 더우기, 본질적인 연료소비의 절감은, 설치와 조작비용 뿐만 아니라 선박의 무게도 감소시킨다. 간단한 배치는 유지비를 최소화하고 신뢰성을 증가시킨다. 대부분의 경우에, 블레이드는 각각 변화될 수 있고 프로펠러는 회전될 수 있어서, 이러한 작동이 수면 위에서 행해질 수 있게 된다. 특히, 프로펠러가 드라이도크에 수직으로 착수되고, 새로운 프로펠러의 제조시간이 예비 프로펠러가 자주 보급되어야 하는 거대한 상업선박에 있어 중요하다.
또한, 선체에 의해 "덮임(shaded)"으로써 프로펠러의 허브는 이론직경에 비해 직경이 한계에 가깝게 감소될 수 있어서, 블레이드의 회전에 의한 허브 형상의 임의의 변화가 뚜렷하게 감소된다.
요구될 때의 최대추력이나 최대작동효율 등을 성취하기 위해 블레이드의 피치를 변화시키는 설비가 본 발명의 바람직한 실시예의 중요한 점이다. 이제 정보처리기능을 가진 블레이드의 피치제어를 성취하기 위한 본 발명에 따른 추진시스템에 사용하기 적합한 정보처리기능을 가진 전송제어시스템의 상세한 설명이 이어진다. 첨부하는 도 20 내지 도 27은 다음의 설명과 관련된 것이다.
도 20은 각 엔진이 단일의 로터추진기를 구동시키는 한쌍의 디젤엔진 선박용 제어시스템을 개략적으로 도시한 것으로 , 단지 (이해하기 쉽도록) 단일엔진과 단일추진기에 대한 제어시스템만을 나타내고 있다. 두 추진기의 회전은 반대방향으로 이뤄진다. 각 추진기의 블레이드의 피치는 송환장치에 장착된 전기 액츄에이터에 의해 변화된다. 또한, 엔진의 쓰로틀은 송환되는 액츄에이터에 의해 제어되고, 각각의 변속도엔진은 독립적으로 제어된다.
변수들:
q 메인 쓰로틀 제어위치,
u 제 2 쓰로틀 제어위치,
s 엔진 쓰로틀 위치,
p 피치각,
r(s) 측정 엔진속도,
rd(s) 제어 엔진속도,
rm(s) s에서의 최대동력에 대한 엔진속도,
r' 엔진가속도(dr/dt),
W(s) r(s)에서 최대동력출력,
Wmax, r(Wmax) 최대동력에서의 최대동력과 엔진속도,
dir = ±1 앞 또는 뒤로의 이동,
±
Figure 112000016404683-pct00003
직선으로부터의 조향휠의 각,
V 선박속도.
상기 변수들은 도 19 내지 도 26에 사용된다.
<함수>
제어모드
이송제어장치는 3개의 기본적인 제어모드에서 작동한다.
1. 엔진속도와 선박속도는 종속되어 제어됨
이 경우 선박속도와 엔진속도, 가속도, 전/후 이동, 및 엔진하중은 엔진의 쓰로틀 제어를 이용하여 제어된다.
2. 엔진속도와 선박속도는 독립적으로 제어됨
이 모드에서, 엔진속도는 개별적인 쓰로틀 제어를 이용하는 소정의 바람직한 값으로 조정된다. 엔진의 하중이상의 포텐셜과, 선박속도, 가속도, 및 방향은 추진기의 피치를 변화시킴으로써 제어된다. 이 모드의 제어에 대한 전형적인 예는 다음과 같이 될 수 있다.
2.1. 좌현에서의 조작에 대해서, 엔진속도는 충분한 동력이 예상되는 모든 조작에 대해 이용가능한 소정의 값으로 조정될 수 있다.
2.2. 순항조건하에서, 엔진속도는 연료소비에 대한 소정의 최적값으로, 또는 특별한 노이즈나 진동정도를 만족시키도록 될 수 있다.
2.3. 동력보트에 대해서, 최대동력의 엔진속도는 항상 최대가속도를 제공하도록 선택될 수 있다.
3. 혼합제어
모드 2에서, 만일 피치가 엔진의 과부하를 일으키는 값으로 조정되면, 피치 는 이러한 일이 발생하는 것을 방지하도록 감소된다. 혼합제어모드에서, 엔진속도는 이러한 경우에 증가될 것이다.
제어시스템은 모드 1에서 두 엔진 (그리고 이에 따른 엔진 속도와 추진기의 피치조정)의 쓰로틀 조정값과 (앞 또는 뒤로의) 방향을 조정하는 단일의 레버제어장치를 포함한다.
모드 2와 모드 3에서, 개별적인 엔진의 쓰로틀 제어는 쓰로틀 위치를 조정하는 반면, 단일의 레버제어는 피치와 (앞 또는 뒤로의) 방향을 제어한다. 모드 3에서, 만일 제어레버가 엔진쓰로틀에 의해 조정되는 값보다 큰 엔진속도가 요구되도록 조정되면, 단일의 레버제어도 엔진속도를 제어한다.
쓰로틀 제어
쓰로틀(q)은, 다음의 식에 따라 엔진(s)에서 가속기 입력값(기화기, 디젤펌프의 랙, 또는 전자입력값)을 제어한다.
s = f(q)
이 때, f는 소정의 바람직한 함수이다. 도 21에 도시된 이용가능한 함수는 다음과 같다.
s = max(smin, |q|)
s에서, 엔진은 요구속도(rd)에서 최적으로 작동하도록 제어되고, rm의 엔진속 도에서 최대동력(Wmax)을 제공한다. 하나 이상의 작동조건의 범위에 의존하는 "엔진의 스로틀 위치(s)에 대한 요구속도(rd)"곡선은 이용가능한 동력의 사용을 최대화시키기 위해 요구되는 한편, 충분한 동적보존을 유지시키며 또는 다른 하중이나 해상상태에서 효율을 최대화하기 위해 요구된다.
엔진은 rm의 엔진속도에서 최대동력(W)을 전달한다. rm(s)와, W(s), 및 rd(s)를 비교하는 그래프가 도 22에 도시되어 있다.
엔진속도의 제어값(rd)에 대해 엔진속도를 제어하기 위해서, 측정된 속도(r)와 제어된 속도 사이의 차가 (도 20에 도시된 것과 같이) 피치제어장치에 송환된다. 만일 엔진이 아주 빨리 회전하면, 피치는 증가되고 엔진로드를 증가시켜 엔진속도가 느려지게 된다. 만일 엔진속도가 아주 느려지면, 피치는 감소되고 엔진로드를 감소시켜 엔진속도가 증가되게 된다.
모터와 보트속도의 독립적인 제어가 가능한 경우에, 모터의 속도는 u: rd = rd(f(u))와 같이 2차의 쓰로틀의 함수로 조정된 다음, 메인 쓰로틀은 추진기의 피치를 감소시키거나 증가시키는 엔진 쓰로틀의 위치를 감소시키거나 증가시키는 한편, 모터속도(rd)를 일정하게 유지시킨다.
소정의 모터속도에서 동력을 변화시키기 위해서, 소정의 속도에서의 동력조정값에 대한 쓰로틀의 데이터가 필요하다. 이는 일련의 곡선 형태를 취하고, 모터제조자의 데이터로부터 쉽게 얻을 수 있다. 또한, 추진기의 피치에서 변화에 관계 되어 소비된 동력의 변화에 대한 추정값을 얻을 필요가 있다. 이러한 특성들은 피치 및 쓰로틀 추정장치(도 20참조)에서 유지된다. 임의의 에러가 모터의 속도-피치 송환에 의해 교정되기 때문에, 대단한 정확성이 요구되지 않고 명목상의 요구조건(rd,s)에서의 세트값으로 충분하다.
최대의 모터속도는 소정의 속도(rmax)가 초과되면 쓰로틀의 조정값을 급격히 감소시킴으로써 제한되는데, 이는 도 23에 개략적으로 도시되어 있다. 쓰로틀 감소분(k)의 비율은 높게 조정된다. 만일 제어된 엔진속도(rd)가 임의의 쓰로틀 위치(s)에서 최대의 동력속도(rm) 이하로 떨어지면, 엔진은 정지되기 쉬울 것이다. 따라서, 도 24에 도시된 정지 제한장치의 배치는 정지를 피하기 위해 블레이드피치를 rm과 r에 의해 결정된 최대값으로 제한하는 데에 사용된다.
또한, 쓰로틀(si)은 쓰로틀 제한장치의 출력에서 조사되는 작동 범위내에서 유지되어야 한다. 제한은 단지 회전할 때 발생할 수 있어서, 다른 쓰로틀(△sij ; 계산된 쓰로틀과 제한된 쓰로틀 사이의 차)은 (전진속도를 이용하여) 회전능력을 유지시키도록 다른 엔진에 송환된다. (아래첨자 i는 도 20에 도시된 엔진시스템에 관한 것이고, 아래첨자 j는 두 엔진시스템 중 다른 것을 나타낸다). 쓰로틀의 배치와 쓰로틀 제한장치의 배치는 도 25와 도 26에 각각 개략적으로 도시되어 있다.
피치를 이용하는 모터속도의 제어는 쓰로틀에서의 변화에 대한 우수한 단계를 갖도록 배치된다. 엔진과 추진기의 특성으로부터 유도된 쓰로틀의 반응은 선박 의 가속을 제공하는 한편, 모터가 속도를 변화시키게 한다.
최대 선가속도는 제어시스템에서의 가속도의 측정 또는 추정값을 포함함으로써 제한될 수 있다.
조향제어(도 27)
선박을 조타하기 위해서, 내부 추진기에 이용된 동력은 외부 추진기에 이용된 동력에 비해 감소되어야 한다. 이는 내부엔진에 대해 외부엔진의 제어속도를 변화시키거나, 외부추진기의 피치를 증가시키는 한편 내부추진기의 피치를 감소시킴으로써, 또는 엔진속도와 피치변수값의 조합에 의해서 성취된다.
이 경우에, 만일 아래첨자 1과 2가 각각 내부 및 외부추진기에 관한 것이라면, 증분되는 쓰로틀 설정값(△s1, △s2)을 입력 쓰로틀 설정값(s)에 충분히 더할 수 있고, △p1, △p2를 입력 피치 설정값(p)에 더할 수 있어서, 변화된 모터동력이 각 추진기에 의해 소비된 동력에 의해 흡수되게 되며, 모터속도는 일정하게 유지된다.
s1 = |s - △s1|, s2 = |s + △s2|
p1 = |p - △p1|, p2 = |p + △p2|
이 때, △s = Fs(
Figure 112000016404683-pct00004
,r), △p = Fp(s,△s)이고, Fs와 Fp는 모터와 추진기의 특성에 대한 함수들이다.
대부분의 경우, 속도가 더 느려질 때에는 △s1
Figure 112000016404683-pct00005
△s2인 반면, 속도가 더 빨라질 때에는 엔진의 동력곡선에서의 비선형으로 인해 △s1 > △s2이다. 저속도에서, (s - s1)은 비정상적인 상태인 음이 될 수 있고, 이러한 조건에서 방향의 부호는 음의 추력에 의한 피치각으로 변화하며, s1 = |s - △s1|의 값은 양이 된다.
요동률(yaw rate)은 제어루프에서 가속도의 측정값 또는 추정값을 포함하여 제한될 수 있다.
모드제어
상기 설명된 기본적인 모드 뿐만 아니라, 다음의 모드가 사용된다.
1. 비상제어
제어시스템은 승객의 안락함을 위한 최대 선형 및 요동가속도를 포함하고, 이들 제한은 비상조작의 경우에는 무시될 필요가 있다.
2. 선박의 속도제어
요구된 선박속도가 선택되고, 측정된 선박속도와 선택된 속도 사이의 에러는 요구된 선박속도를 유지하도록 엔진제어장치내로 송환된다.
3. 동적위치(DP)제어
선박속도와 방향(heading)이 제어된다.
엔진 또는 추진기의 제어장치가 모두 실패한 경우에, 기계적제어는 엔진의 쓰로틀의 위치나 추진기의 피치를 직접 제어하도록 제공될 수 있다. 엔진 또는 추진기가 실패한 경우에, 비상 방향타의 사용은 코스를 유지하도록 된다. 이 경우에, 다른 단일의 엔진과 추진기가 단지 속도와 전/후의 제어를 제공한다.
제어시스템
상기 설명된 것과 같이, 도 20은 단일 엔진과 단일 추진기에 대한 제어시스템만을 나타낸다. 쓰로틀 제한장치로부터의 다른 쓰로틀신호(△s12)는 반대 엔진의 제어장치의 △s2 신호추가장치로 송환되고, △s21 신호는 반대쪽의 쓰로틀 제한장치로부터 도시되어 있는 △s1 신호추가장치내로 귀환된다.
상기 설명된 실시예에 대한 다양한 수정예가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 가능하다. 예컨대, 어떤 경우에는 블레이드 코드에 대한 블레이드 간격의 비(S/C)가 각 블레이드의 작은 길이부를 따라 2.0 미만이 될 수 있고, 어떤 경우에는 블레이드 길이의 10%이상까지 S/C의 비가 2.0 미만으로 될 수 있다. 예컨대, 가능한 일실시예에서 비(S/C)는 2.0 미만이고, 바람직하게는 블레이드의 뿌리부에서 1.7∼2.0의 범위에 있다. 특히, 이는 비교적 무거운 반이 활수되는 선박에 사용하도록 된 프로펠러의 예일 수 있다. 이러한 선박에 대해서, 이는 선박에 대한 바람직한 순항속도를 얻기 위해서, 예컨대 선체의 선미 크기와 프로펠러를 통과하는 바람직한 유동영역과 같은 다른 제한요소는, 일반적으로 선택된 S/C의 비가 고속도의 운전선박용 프로펠러에 사용되는 S/C보다 작게 된다는 것을 의미한다.
고속도의 운전선박에 대해서, S/C비는 일반적으로 블레이드 길이의 95% 이상을 따라 항상 적어도 2.0이 된다.

Claims (29)

  1. 선박의 선미(2)로부터 뒤쪽으로 뻗어 있는 하나 이상의 축(1)과; 이 하나 이상의 축에 장착되고서 선체의 뒷모서리(7)에 인접하게 위치되어, 선박의 이용시 선미 뒤에 형성된 선미 공동부에서 작동하도록 된 표면에 노출되는 프로펠러(4) 및; 상기 하나 이상의 축을 구동시키는 구동수단(9,10,11);을 구비하되,
    상기 프로펠러는 허브(5)와 이 주위에 균등한 각도로 떨어져 있는 다수의 블레이드(6)를 갖추고, 블레이드 코드(C)에 대한 블레이드들의 간격(S)의 비(S/C)는 블레이드의 전체 길이를 따라 2.0 이상으로 되며, 상기 선박의 선체의 끝부분 프로파일은 상기 각각의 프로펠러의 허브의 프로파일에 전체적으로 상응하면서 전체적으로 아치형 프로파일을 갖는 하나 이상의 볼록한 돌출부를 구비하는 선박용 추진시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 블레이드 코드(C)에 대한 인접한 블레이드의 블레이드 간격(S)의 비(S/C)는 실질적으로 블레이드의 전체 길이를 따라 2에서 5까지의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 블레이드 코드(C)에 대한 인접한 블레이드의 블레이드 간격(S)의 비(S/C)는 실질적으로 블레이드의 전체길이를 따라 2.3에서 4.0까지의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 블레이드 코드(C)에 대한 블레이드 간격 (S)의 비(S/C)는 블레이드 길이의 90% 이상을 따라 2 이상인 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 블레이드 코드(C)에 대한 블레이드 간격(S)의 비 (S/C)는 블레이드 길이의 95% 이상을 따라 2 이상인 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 프로펠러 직경(Pd)에 대한 허브 직경(Hd)의 비(Hd/Pd)는 0.35 이상인 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 프로펠러 직경(Pd)에 대한 허브 직경(Hd)의 비(Hd/Pd)는 0.4 이상인 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  8. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로펠러(4)는 상기 하나 이상의 축(1)에 장착되되, 이 프로펠러의 평면이 상기 축에 실질적으로 직각이 되도록 장착되는 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  9. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 축은 상기 프로펠러의 평면이 추력선(推力線)에 실질적으로 직각이 되도록 선박에 장착되는 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  10. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 선체의 정흘수(Hs)에 대한 프로펠러 직경(Pd)의 비(Pd/Hs)는 1.4 이상인 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  11. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로펠러의 회전축에 대한 프로펠러의 블레이드(6)의 피치(β)는 변할 수 있는 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 추진시스템에는 블레이드의 피치를 제어하는 블레이드의 피치제어수단이 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 블레이드의 피치제어수단은 블레이드의 피치(β)가 50°와 120°사이에서 변할 수 있도록 형성되고 배치된 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 블레이드의 피치제어수단은 하나 이상의 기계적인 수단과 전기적인 수단 및 유압적인 수단으로 이행되는 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  15. 제 12항에 있어서, 상기 블레이드의 피치제어수단은, 상기 블레이드가 장착된 이송수단(18)에 연결된 피치제어로드(14)의 형태로 된 기계적인 피치제어수단을 구비하되, 상기 제어로드와 이송수단은 이 제어로드의 축방향운동이 이송수단의 회전운동으로 변환되도록 형성되고 배치되어서, 상기 블레이드가 회전되어 그 피치를 상기 프로펠러의 회전축에 대해 변화시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  16. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추진시스템은 선박의 선체(3)의 선미(2)로부터 뒤쪽으로 뻗어 있는 2개 이상의 축(1)을 구비하고, 각각의 축은 이에 장착되는 프로펠러(4)를 갖추며, 각각의 프로펠러는 허브(5)와, 이 주위에 실질적으로 같은 각거리로 떨어져 있는 다수의 블레이드(6)를 갖추되, 블레이드 코드(C)에 대한 블레이드 간격(S)의 비(S/C)는 실질적으로 블레이드의 전체 길이를 따라 2.0 이상으로 되는 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 블레이드의 피치제어수단은 상기 각각의 프로펠러에 있는 블레이드의 피치를 제어하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 블레이드의 피치제어수단은 각각의 프로펠러에 있는 프로펠러 블레이드의 피치를 독립적으로 변화시킬 수 있도록 형성되고 배치된 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  19. 제 12항에 있어서, 상기 블레이드의 피치제어수단은 선박의 요구속도와; 선박의 실제속도; 엔진의 요구속도; 엔진의 실제속도; 물에서의 선박위치; 선박의 요구경로 및; 선박의 실제경로 중 하나 이상에 따라 블레이드의 피치를 자동적으로 제어하도록 된 정보처리기능을 가진 피치제어장치를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 정보처리기능을 가진 피치제어장치는 피치제어수단에 있는 피치제어로드의 축방향운동을 제어하여, 두 프로펠러에 있는 프로펠러 블레이드의 피치를 변화시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  21. 제 19항에 있어서, 상기 정보처리기능을 가진 피치제어장치는 선박의 엔진속도도 제어하는 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  22. 제 19항에 있어서, 상기 정보처리기능을 가진 피치제어장치는 블레이드의 피치를 변화시켜, 일정한 속도로 상기 각각의 프로펠러의 회전속도를 유지하도록 된 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  23. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 프로펠러 당 블레이드의 수는 2와 5 사이인 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  24. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 블레이드는 그 길이를 따라 꼬여 있는 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 꼬임은 20°인 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  26. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선박의 선체의 끝부분 프로파일은 상기 각각의 프로펠러의 허브의 프로파일에 전체적으로 상응하면서, 전체적으로 아치형 프로파일을 갖는 하나 이상의 볼록한 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 하나 이상의 볼록한 돌출부의 호는 180°에 까지 이르는 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  28. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각각의 프로펠러를 둘러싸서 블레이드들(6) 사이로 들어가는 임의의 방해물을 방지하도록 구비된 보호수단 (38,39,40)을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 추진시스템.
  29. 선박의 선미(2)로부터 뒤쪽으로 뻗어 있는 하나 이상의 축(1)과; 이 하나 이상의 축에 장착되고서 선체의 뒷모서리(7)에 인접하게 위치되어, 선박의 이용시 선미 뒤에 형성된 선미 공동부에서 작동하도록 된 표면에 노출되는 프로펠러(4) 및; 상기 하나 이상의 축을 구동시키는 구동수단(9,10,11);을 구비하되,
    상기 프로펠러는 허브(5)와 이 주위에 균등한 각도로 떨어져 있는 다수의 블레이드(6)를 갖추고, 상기 선박의 선체의 끝부분 프로파일은 상기 각각의 프로펠러의 허브의 프로파일에 전체적으로 상응하면서 전체적으로 아치형 프로파일을 갖는 하나 이상의 볼록한 돌출부를 구비하는 선박용 추진시스템.
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